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2009年12月,哥本哈根联合国气候变化大会的举行再一次向世人宣布了全球变暖等环境问题的严重性。随着人类社会的进步和工业文明的迅速发展,工业排放已经对全球环境造成破坏性的影响,而反过来环境对人类的报复也愈加剧烈:洪水,冰雪灾害,大旱,海平面上升等。出于可持续发展和保护环境的需要,限制温室气体二氧化碳的排放和遏制“白色污染”已经成为当前环境保护的重要内容,因此利用工业排放的二氧化碳合成可降解塑料是一项十分有意义的研究。
本实验室在利用负载戊二酸锌催化二氧化碳和环氧丙烷共聚制备可降解的脂肪族聚碳酸酯方面取得突破性进展,制得了具有严格交替结构的全降解聚甲基乙撑碳酸酯(PPC)。该催化体系不但有很高的催化效率(175 g/gcat),而且所制备的共聚物有极高的分子量,从而使其综合性能得到大幅度提高,并且大大降低了PPC的生产成本,为固定利用二氧化碳开拓了新的道路。此外,本实验室还企业合作完成了二氧化碳全降解塑料的产业化生产线的建设。
由于目前对PPC的应用研究相对较少,而应用研究是其能否大规模推广的基础,也是其产业化的关键问题之一。目前PPC能否产业化在某种程度上受两个问题的制约:
一是,PPC是一种无定形聚合物,其玻璃化转变温度Tg在36℃左右,并且力学强度不高,因此在单独作为塑料使用存在较大缺陷,所以对其进行物理或化学方面的改性势在必行。
二是,PPC的主链上没有反应性官能团,和大多数聚合物的相容性都比较差,所以得到的共混物的稳定性不高。因此,必须在共混改性的时候加入增容剂来改善基体和增强相的界面结合力,得到性能良好的复合材料。
因此,对PPC的增容复合改性研究是我们面临的并且必须克服的最大问题,也是制约PPC能否实现大规模生产和推广的关键问题。
本论文对可降解塑料聚甲基乙撑碳酸酯(PPC)进行了增容共混改性研究,制备了力学性能和热性能等综合性能优异的共混复合材料,为其大规模应用奠定了一定的基础。具体内容包括:
1.在简单熔融共混过程中,利用MDI来反应增容PPC/EVOH复合材料,来增强PPC与EVOH相的界面结合力。结果表明,通过MDI的加入,PPC与EVOH的相容性得到进一步提高,而且MDI的加入交联了EVOH相,形成半互穿网络结构,PPC的力学性能,热性能以及微观形貌都得到了显著提高。
2.利用简单的熔融共混的方法制备一系列综合性能优良的全降解PVA/EVOH共混复合材料,研究发现,随着EVOH的引入,PVA的加工性能得到明显提高,在此基础上,制备了一系列PPC/PVA/EVOH复合材料,通过进一步研究表明,复合材料的的力学性能和热稳定性能都得到了明显的提高,为PPC的改性应用提供了一条新的途径。
3.利用MDI反应增容高聚合度的PVA/EVOH和PPC复合材料,以提高PPC与高聚合度PVA/EVOH相的相容性。结果表明当MDI加入量低于1%的时候,体系的相容性有明显提高,而当MDI加入量过高,大于1.5%时,体系的交联现象严重,产生大量孔洞,导致复合材料的性能有所下降。